(共70张PPT)
第10讲 浮力
模块四 力 学
1
考情精析 知考点
2
思维导图 建体系
3
知识清单 夯基础
4
实验探究 培素养
5
真题集训 悟中考
6
分层集训 提能力
课标要求 高频考点 年份·分值 2023 2024 2025
通过实验,认识浮力 认识浮力 — — —
探究并了解浮力大小与哪些因素有关 探究影响浮力大小的因素 — — —
知道阿基米德原理 阿基米德原理 — — T22,4分
课标要求 高频考点 年份·分值 2023 2024 2025
能运用物体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象 利用浮沉条件进行浮力的计算 T17,3分 — —
物体浮沉条件的应用 — T11,4分 T22,4分
[教材导航] 人教版:八年级下册P63~82第十章“浮力” 沪科版:八年级全一册P209~230第九章“浮力” 认识浮力(3年0考)
1.定义:浸在液体(气体)中的物体受到液体(气体)对它竖直向 的力,这个力叫作浮力。浮力的方向 。
2.产生原因:浸在液体(气体)中的物体其上、下表面受到的
,即F浮=F2-F1。
竖直向上
上
压力差
阿基米德原理(3年1考)
1.内容:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开的液体所受
的大小。
2.公式:F浮= =m排g;推导式F浮= 。
(1)F浮表示浮力,单位是N。
(2)ρ液表示 ,单位为kg/m3。
(3)V排表示 ,单位为m3。
3.适用范围:液体、气体。
重力
G排
ρ液gV排
液体密度
排开液体的体积
物体的浮沉条件及应用(3年3考)
1.物体的浮沉条件(实心物体)
状态 上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底
示意图
状态 上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底
力的比较 F浮>G F浮 G F浮=G F浮=G F浮+FN=G
物理量关系 ρ液 ρ物 ρ液 ρ物 ρ液 ρ物 V排 V物 ρ液 ρ物 V排 V物 ρ液 ρ物
V排=V物
是否受力平衡 受非平衡力作用 受平衡力作用 <
>
<
=
=
>
<
<
2.浮沉条件的应用
(1)密度计:测密度时密度计始终处于 状态,所受的浮力 自身重力,故密度计浸入液体的体积越大,液体密度越 。
(2)潜水艇:通过改变 实现下潜和上浮。
(3)热气球:通过加热和降温改变热气球内气体的密度来实现升降。
漂浮
等于
小
自身重力
实验器材
实验1 探究浮力大小与哪些因素有关 (2022年课程标准必做实验)
弹簧测力计、烧杯、水、盐水、细线、金属块。
实验装置
设计与进行实验
1.测量浮力的原理:
2.固体体积的选取:为使实验现象明显,应选用物体体积稍大一点的。
3.液体体积的选取:物体能完全浸没在液体中,且物体没有碰到容器底部和容器壁。
4.控制变量法的应用
(1)探究浮力大小与物体排开液体体积是否有关时,控制液体密度不变,改变物体排开液体的体积。
(2)探究浮力大小与液体的密度是否有关时,控制物体排开液体的体积不变,改变液体的密度。
5.选用不同物体或不同液体进行多次实验的目的:使实验结论具有普遍性。
实验结论
物体在液体中所受浮力的大小,跟它排开液体的体积、液体密度有关。物体排开液体的体积越大,液体的密度越大,所受浮力就越大。
[例1] 小明在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中,用到如下器材:弹簧测力计、底面积为10 cm2的实心圆柱体金属块、大烧杯若干个、水、密度未知的某种液体、细线等。小明进行了如图甲所示的实验,并记录实验数据,如表所示。(g取10 N/kg)
实验步骤 A B C D E F
弹簧测力计的示数/N 3.8 3.6 3.5 3.5 3.4
(1)实验前,弹簧测力计应在 (选填“竖直”或“水平”)方向上调零。
(2)金属块的重力为 N,在实验步骤C中金属块所受到的浮力是 N,方向 。
(3)分析实验步骤D、E可知,浮力大小与物体浸没在水中的深度 (选填“有关”或“无关”)。
(4)分析实验步骤B、C、D,可得出结论:在同种液体中,物体排开液体的体积越大,物体所受的浮力就越 ;为了使结论具有普遍性,应该 。
(5)分析实验步骤E、F,可以说明浮力的大小跟 有关。
(6)实验时若将A、B两个步骤的顺序调换一下,会使浮力的测量结果 (选填“偏大”或“偏小”)。
(7)其中一位同学绘制了当金属块浸入水中时弹簧测力计的示数随金属块下表面到水面的距离h变化的关系图像,其中正确的是 。
(8)根据表格中的数据可知,当金属块浸没在水中时受到的浮力为 N,金属块的体积为 m3,金属块的密度为 kg/m3,某种液体的密度为 kg/m3。
(9)为了研究“浮力的大小与物体的形状是否有关”,小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图乙所示的实验,得出结论:浮力的大小与物体的形状有关。小宁认为此结论不可靠,主要原因是 。
答案:(1)竖直 (2)4 0.4 竖直向上
(3)无关 (4)大 换不同的物体多次实验
(5)液体的密度
(6)偏大 (7)B
(8)0.5 5×10-5 8×103 1.2×103
(9)没有控制排开液体的体积相同
实验器材
实验2 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
弹簧测力计、溢水杯、小桶、水、物体、细线。
实验装置
设计与进行实验
1.溢水杯装满水
(1)目的:使物体排开的水全部流到小桶中。
(2)未装满对实验的影响:物体排开的液体不能全部流入桶中,所测得的G排偏小。
2.物体必须浸没在液体中。
3.换用不同液体、大小不同的物体进行多次实验的原因:得出普遍规律。
4.误差分析:先测量小桶和排开水的总重力,再测量小桶的重力(所测小桶桶壁沾水,所测重力偏大,导致所测排开液体的重力偏小)。
实验结论
浸在液体中的物体所受浮力的大小等于它排开的液体所受重力的大小。
[例2] 某实验小组为了研究浮力大小与物体排开液体重力的关系,进行了下面的实验,如图所示。
(1)实验过程中,利用哪些步骤能够计算出物体所受的浮力大小? 。哪些能够计算出物体排开液体的重力大小? 。(用图中的序号表示)
(2)通过实验数据可以发现,浮力大小与物体排开的液体所受的重力有什么关系? 。
(3)为了使结论具有普遍性,该小组还应该进行怎样的操作? 。
(4)另外一个小组进行实验后,发现浮力大小与物体排开液体重力不相等,在排除误差因素的情况下,出现这个结果的原因可能是什么?(写出一条即可) 。
答案:(1)②和③ ①和④ (2)相等
(3)换用不同的液体和物体多次实验
(4)溢水杯未装满(或物体碰到烧杯壁)
1.(2024贵州)如图甲所示,将两实心正方体金属块A和B(mA=mB,VA一坐标图中画出:悬挂B的测力计示数F随h(从h0开始)变化关系的大致图像。(忽略金属块离开水面时带出的水,不计阻力)
答案:如图所示
2.(2024贵州)泡茶时可以欣赏到茶叶在水中浮沉“起舞”。如图所示,冲泡茶叶时,部分茶叶表面附着气泡使其排开水的体积增大,由于浮力大于重力而 ;茶叶充分吸水后由于其密度 水的密度而下沉。
答案:上浮 大于
3.(2025贵州)某次学校物理社团活动主题是“制作浮力秤”。经思考,小明决定用薄壁硬质饮料瓶、水槽、水、细线及几个质量不同的重物进行制作。他设想,让饮料瓶漂浮于水面,在瓶身上标记出相应的质量刻度线,把待测物体放入瓶中,待水面静止时,根据水面所在刻度线的位置,便可读出待测物体质量。小明进行如下制作:
【任务一】制作秤体
小明切掉饮料瓶底部,用细线将瓶盖与其中一个重物连接,旋紧瓶盖,将瓶体开口向上倒置于水槽中,待其静止后,若瓶体呈竖直状态,且与重物整体漂浮,则秤体制作完成,如图甲所示。此时瓶体便可作为秤盘盛放待测物体。
(1)此时秤体所受浮力大小 其重力大小。
【任务二】标注刻度
小明认为当秤体漂浮,且水面位于瓶体的圆柱状部分时才便于标记刻度。他发现图甲中秤体在水中的位置尚未满足标记刻度的条件。
(2)为满足条件,小明用准备的器材进行调整,请你给他提出调整建议 。
调整完成后,小明先将饮料瓶身与水面齐平处标记为0 cm,此处即为质量标度的零刻度线;将饮料瓶取出,再将刻度尺对应的长度刻度值标记
在瓶身上;测量出饮料瓶圆柱状部分的横截面积为50 cm2,再放入水中,如图乙所示。
(3)接下来,只需将瓶身上所标注的长度刻度值转换为相应的质量标度,便可完成浮力秤的制作。请你计算瓶身上刻度1 cm处所对应的质量标度为多少克?(ρ水=1.0 g/cm3)
小明按照此方法计算并标注了浮力秤各刻度值对应的质量标度。
【任务三】拓展分析
小羽参照小明的方法,用一个横截面为圆形,切口处圆的面积也为50 cm2,但上下粗细不同的饮料瓶来制作浮力秤。她正确标记了零刻度线的位置,用刻度尺紧贴瓶身,在瓶身上标注了均匀的刻度,如图丙所示;接着她依照小明浮力秤的刻度值,在相同的刻度处标注了相同的质量标度(图中未画出)。
(4)请判断小羽制作的浮力秤所称出的物体质量比真实值偏大还是偏小?说明理由。
答案:(1)等于 (2)增加重物质量 (3)50 g
(4)由于题图丙中的切口在有刻度部分的上方,所以有刻度部分处截面面积均小于50 cm2,1 cm刻度处与零刻度线之间水的实际深度小于1 cm,从零刻度线到1 cm刻度线,密度秤增加的排开水的质量小于50 g,测量值质量标度为50 g,故所称出的物体质量比真实值偏大
4.(多选)(2024潍坊)王羲之在《兰亭集序》中写到“引以为流觞曲水,列坐其次”,指众人把水引来作为漂传酒杯的弯曲水道,排列坐在曲水旁饮酒作诗。关于此情境下列说法正确的是 ( )
A.向漂浮在水中的空酒杯中加酒,酒杯上浮
B.酒杯在水中漂浮时所受浮力大于重力
C.喝完酒后,再次将空酒杯放回水中,酒杯所受浮力减小
D.酒杯在水中所受的浮力等于它排开水的重力
CD
5.(2025云南)实验小组探究浮力大小与哪些因素有关的实验过程如图所示。
(1)a中将铁块缓慢浸入水中,随着深度增加,弹簧测力计示数逐渐变小,铁块受到的浮力逐渐 ,表明浮力与深度有关;铁块浸没后,继续增加深度,弹簧测力计示数不变,表明浮力与深度无关,前后结论不一致。分析发现以上实验某过程中同时改变了深度和 。
(2)改用b中的物块继续探究,此物块重 N,c、d中物块所受浮力均为 N。由此可知,浸在同种液体中的物体所受浮力大小与浸在液体中的深度 关。
(3)根据b、d、e三次实验可知,浸在同种液体中的物体所受浮力大小与排开液体的体积有关,排开液体的体积越大,所受浮力 。分析b、 三次实验可知,排开液体的体积相同时,物体所受浮力大小与液体密度有关。
(4)若将b中的物体换成相同材料的球体,则不能完成b、c、d三次实验的探究,具体理由是 。
答案:(1)变大 排开液体的体积
(2)3.8 1.4 无
(3)越大 e、f
(4)若将b中的物体换成相同材料的球体,球体的形状规则,深度不同时排开液体的体积也不同,不能探究浮力和深度的关系。
一、选择题
1.(2025铜仁三模)中国科技成就让世人瞩目。探月“嫦娥”、入海“蛟龙”、“天舟一号”、国产大飞机“C919”等对社会发展有重大影响的标志性成果不断涌现。下列说法正确的是 ( )
A.“嫦娥”探测器绕月匀速飞行时,运动状态不变
B.“蛟龙”潜水器在水面下下潜时,海水密度不变时,深度越深,浮力越大
C.“天舟一号”加速上升时,机械能保持不变
D.“C919”水平匀速直线飞行时,受平衡力的作用
D
2.如图表示跳水运动员从入水到露出水面的过程,其中运动员受到水的浮力不断增大的阶段是 ( )
A.①→② B.②→③ C.③→④ D.④→⑤
A
3.同学们在完成了探究“影响浮力大小的因素”实验之后,老师把一金属块挂在弹簧测力计下,浸没在水中,弹簧测力计的示数为2 N(如图)。下列做法能使弹簧测力计的示数变大的是( )
A.金属块下移一点
B.金属块露出水面
C.往烧杯里加些盐
D.往烧杯里加点水
B
4.(多选)(2025铜仁三模)如图所示,小刚将盛水的烧杯放在电子台秤上,台秤的示数如图甲所示;将一个不吸水的物块投入水中,漂浮时台秤示数为375 g(如图乙);物块上表面始终保持水平,用力F将物块向下压而全部浸没在水中,此时台秤示数为425 g(如图丙);将物块继续下压,从图丙到图丁,物块下表面受到水的压力增加了0.8 N;整个过程水始终未溢出,水的密度为1 g/cm3,下列说法正确的是 ( )
AC
A.物块的质量为75 g
B.物块的密度为0.5 g/cm3
C.从图丙到图丁,物块上表面受到水的压力也增加0.8 N
D.从图丙到图丁,烧杯内底部受到水的压强在逐渐增大
5.(2024苏州)将鸡蛋放入盐水中出现如图所示状态,缓慢向杯中加盐或水使鸡蛋悬浮,下列说法正确的是 ( )
A.加盐可以让鸡蛋悬浮
B.鸡蛋悬浮时液体密度大
C.鸡蛋悬浮时浮力大
D.鸡蛋悬浮时液体对杯底的压强大
D
二、填空题
6.(2025贵阳一模)如图所示是我国万米载人深潜器“奋斗者”号在深海工作时的情景,“奋斗者”号在海水中时,两侧处于同一深度的观察窗受到的压强 (选填“相等”或“不相等”);若海水的密度不变,当“奋斗者”号在海里上浮但还未露出水面的过程中,其受到的浮力 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
答案:相等 不变
7.充入气体后的飞艇的体积是1 500 m3。飞艇悬浮在空中时,飞艇总重力和它受到空气的浮力是一对 (选填“平衡力”或“相互作用力”)。空气密度按1.3 kg/m3计算,飞艇受到空气的浮力大小为 N。(g取10 N/kg)
答案:平衡力 1.95×104
三、作图题
8.如图所示,乒乓球静止在水面上,请画出乒乓球所受力的示意图。
答案:如图所示
四、实验探究题
9.如图所示是物理兴趣小组探究“影响浮力大小的因素”的实验,根据他的实验探究数据,请你回答下列问题:(ρ水=1.0×103 kg/m3)
(1)由图可知物体浸没在水中受到的浮力F浮= N。
(2)由图A、C、D可知,浮力大小与物体浸没深度 (选填“无关”或“有关”)。
(3)分析此实验可得出:物体受到的浮力大小与 和 有关。
(4)经进一步计算可知物体体积V= m3,物体的密度ρ= kg/m3。
答案:(1)0.5 (2)无关
(3)物体排开液体的体积 液体密度
(4)5×10-5 4×103
五、计算题
10.用轻质细线将石块与木块连接后放入水中,静止时木块有的体积浸入水中,如图甲所示。若将石块移到木块上方,静止时木块刚好全部浸入水中,如图乙所示。若将石块移开,静止时木块有的体积露出水面,如图丙所示。已知水的密度为1.0×103 kg/m3,求:
(1)木块的密度。
(2)石块的密度。
解:(1)由于木块漂浮,所以F浮=G,
根据F浮=ρgV排、G=mg和ρ=可得,ρ水g×(1-)V木=ρ木gV木,
则木块的密度:ρ木=ρ水=×1.0×103 kg/m3=0.6×103 kg/m3。
(2)在题图甲中,木块和石块整体受力平衡,即:(m石+m木)g=ρ水g(V石+V木) ①
在题图乙中,木块和石块整体受力平衡,即:(m石+m木)g=ρ水gV木 ②
联立①②解得:V石=V木,
因ρ木=ρ水,且m木=ρ木V木,则代入②式可得:(m石+ρ水×V木)g=ρ水gV木,化简可得:m石=ρ水V木,则石块的密度ρ石===2ρ水=2×103 kg/m3。
11.如图所示,装有水的柱状容器置于水平地面上,正方体物块悬浮在水中,其上表面与水面平行,若物块上表面受到水的压力为F1、下表面受到水的压力为F2、受到的重力为G、受到的浮力为F浮,则 ( )
A.F1大于F2
B.F1与F2是一对平衡力
C.F1与F2的合力大小大于F浮
D.F1与F2的合力大小等于G
D
12.[物理与科技]如图所示,是某型号水下机器人。该机器人可以通过三种方式控制浮沉,第一种是机器人内部水舱充放水,水舱的容积为4×10-3 m3;第二种是利用推进器提供竖直向上的推力F推,F推可以在0~30 N之间调节;第三种是在机器人外部加装不同数量的浮块,每个浮块质量均为0.4 kg,体积均为1×10-3 m3。已知该机器人水舱未充水时的质量为9.5 kg,未装浮块时,机器人的总体积为1.2×10-2 m3,体积不变,含机械臂(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)。
(1)求150 m深处水的压强。
(2)求当机器人未加浮块、水舱充满水浸没在水中悬停时,F推的大小。
(3)深处水底有一物体(未与水底紧密接触),其密度
均匀且为2.5×103 kg/m3,体积为4×10-3 m3,需机器人潜入水中用机械臂抓住物体打捞上来,为确保打捞顺利进行,机器人下水前需制定好能让机器人抓住物体上浮的方案,在F推调到30 N的情况下,还需如何利用另外两种方式实现上浮,请通过计算给出一种合理方案。
解:(1)150 m处水的压强:
p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×150 m=1.5×106 Pa。
(2)机器人未充水时重力:G机=m机g=9.5 kg×10 N/kg=95 N,
水舱充满水:G水=ρ水gV容=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×4×10-3 m3=40 N,
机器人浸没水中所受浮力:
F浮机=ρ水gV排机=ρ水gV机=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1.2×10-2 m3=120 N,
机器人悬停时,F推+F浮=G水+G机,
F推=G水+G机-F浮=40 N+95 N-120 N=15 N。
(3)物体的重力:G物=m物g=ρ物V物g=2.5×103 kg/m3×4×10-3 m3×10 N/kg=100 N,
物体受到的浮力:F浮物=ρ水gV物排=ρ水gV物=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×4×10-3 m3=40 N,
能把物体打捞上来,机器人的最小拉力:F最小=G物-F浮物=100 N-40 N=60 N,
为确保打捞顺利进行,机器人下水前水舱内先充满水,打捞时放干净水,F推最大=30 N,另外安装n个浮块,
一个浮块的重力G浮块=m浮块g=0.4 kg×10 N/kg=4 N,
一个浮块受到的浮力F浮浮块=ρ水gV排浮块=ρ水gV浮块=1×103 kg/m3×10 N/kg×1×10-3 m3=10 N,
给物体提供的拉力:
F浮机+F推最大+nF浮浮块-G机-nG浮块=60 N,
120 N+30 N+n×10 N-95 N-n×4 N=60 N,
解得:n≈0.83,取1,即将水舱里水全部排出再安装一个浮块。
13.[科学思维]创新小组自制简易“浸没式液体密度计”,过程如下:
①将一实心小球悬挂在弹簧测力计下方,示数如图甲所示;
②将小球浸没在水中,弹簧测力计示数如图乙所示;
③将小球浸没在某未知液体中,弹簧测力计示数如图丙所示。
已知ρ水=1×103 kg/m3,g取10 N/kg,求:
(1)该小球的密度 。
(2)未知液体的密度 。
(3)该密度计的最大测量值是 kg/m3。
(4)在测量范围内,某待测液体的密度ρ与弹簧测力计示数F的关系式为 ,则该“浸没式液
体密度计”的刻度值分布 (选填“均匀”或“不均匀”)。
答案:(1)5×103 kg/m3 (2)2×103 kg/m3
(3)5×103 (4) 均匀